CN102116691B - 一种测力轮对的连续测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铁道机车车辆轮轨力测量领域，为了解决现有技术中测力轮对测量方法繁杂，测量精度不够高等问题，提供了一种新型的测力轮对的连续测量方法及装置，其中方法包括采用在同周期内一个测量电桥的灵敏度为正弦形，另一个测量电桥的灵敏度为余弦形的第一组双桥路对轮轨垂向力进行测量；采用在同周期内一个测量电桥的灵敏度为正弦形，另一个测量电桥的灵敏度为余弦形的第二组双桥路对轮轨横向力进行测量。本发明实施例的有益效果在于，由于对垂向力、横向力使用了同样周期的双桥路的测量手段，并经过迭加合成处理，就可以使得在车轮旋转的整个轮周范围内测量灵敏度保持恒定，并且与测力轮对的转动角度无关，测量更加准确。

Description

一种测力轮对的连续测量方法及装置

技术领域

本发明涉及机车车辆轮轨力测量领域，特别是关于一种测力轮对的连续测量方法及装置。

背景技术

轮轨力测量是铁路行业一项基础性工作，关系到机车车辆能否在轨道线路上安全运行，历来为世界各国所重视。

以往测力轮对大多采用间断测量法，特点是在车轮旋转一周范围内可以获得两个或多个有效检测信号，但各个有效信号之间是无效信号。间断测量法的不足之处在于，有效信息量少，误差环节多，数据无法进行时域或频域分析等。

随着科技进步，特别是电子计算机的普及使用，使得测试信号的采集等够得以实时快速完成，为发展连续测量技术奠定了基础，现有技术中通常采用多个测量电桥共同参与测量的方法，通过各测量电桥输出灵敏度之间形成的特定关系，经过合成计算后将原本随车轮转角不断变化波动的测量电桥输出灵敏度变成为在任何角度位置都保持恒定的测量灵敏度。

上述连续测量的现有技术中的不足之处在于，现有的连续测量法使用的测量电桥太多，例如有的现有技术中垂向力需要4个测量电桥，横向力需要2个测量电桥。另外，在车轮转动过程中由于轮轨接触点产生了横向的移动，造成了垂向力测量灵敏度的变化，因此还必须配合有4个专门用于位置测量的电桥。或者，为了根据不同的转角位置采取不同的测量灵敏系数，所以必须要有同步精确测量测力轮对旋转的角度，因此造成了在有效输出和干扰输出的解耦计算中过程非常繁杂，同时也降低了测量精确度。

发明内容

本发明实施例提供一种测力轮对的连续测量方法，包括，

采用在同周期内一个测量电桥的灵敏度为正弦形，另一个测量电桥的灵敏度为余弦形的第一组双桥路对测力轮对的垂向力进行测量；

采用在同周期内一个测量电桥的灵敏度为正弦形，另一个测量电桥的灵敏度为余弦形的第二组双桥路对测力轮对的横向力进行测量；

所述第一组双桥路包括a相桥路和b相桥路，本组内所有应变片均布置在车轮相同侧面同一半径的圆周上，其中a相桥路包括，

应变片1和应变片3位于同一电桥臂，应变片2和应变片4位于同一电桥臂，应变片6和应变片8位于同一电桥臂，应变片5和应变片7位于同一电桥臂，应变片1和应变片3之间的夹角为26度，应变片5和应变片7之间的夹角为26度，所述应变片3和应变片5之间的夹角为30度，所述应变片1、3、5、7按照顺序顺时针的设置于同半个圆周上；应变片2和应变片4之间的夹角为26度，应变片6和应变片8之间的夹角为26度，所述应变片4和应变片6之间的夹角为30度，所述应变片2、4、6、8按照顺序顺时针的设置于同半个圆周上，所述应变片2和应变片7之间夹角为98度；

其中b相桥路包括，应变片a和应变片c位于同一电桥臂，应变片b和应变片d位于同一电桥臂，应变片f和应变片h位于同一电桥臂，应变片e和应变片g位于同一电桥臂，应变片a和应变片c之间的夹角为26度，应变片e和应变片g之间的夹角为26度，所述应变片c和应变片e之间的夹角为30度，所述应变片a、c、e、g按照顺序顺时针的设置于同半个圆周上；应变片b和应变片d之间的夹角为26度，应变片f和应变片h之间的夹角为26度，所述应变片d和应变片f之间的夹角为30度，所述应变片b、d、f、h按照顺序顺时针的设置于同半个圆周上，并且所述应变片b和应变片g之间夹角为98度；

所述应变片7和应变片a之间的夹角为8度；

所述第二组双桥路包括a相桥路和b相桥路，本组内所有应变片均布置在车轮相同侧面同一半径的圆周上，其中a相桥路包括，

应变片1’位于一电桥臂，应变片2’位于一电桥臂，应变片3’位于一电桥臂，应变片4’位于一电桥臂，应变片1’和应变片3’之间的夹角为60度，所述应变片1’和应变片3’按照顺序顺时针的设置于同半个圆周上；应变片2’和应变片4’之间的夹角为60度，所述应变片2’和应变片4’按照顺序顺时针的设置于同半个圆周上，所述应变片2’和应变片3’之间夹角为120度；

所述b相桥路包括，应变片a’、应变片b’、应变片c’和应变片d’分别位于b相桥路的一电桥臂，应变片a’和应变片c’之间的夹角为60度，所述应变片a’和应变片c’按照顺序顺时针的设置于同半个圆周上；应变片b’和应变片d’之间的夹角为60度，所述应变片b’和应变片d’按照顺序顺时针的设置于同半个圆周上，并且所述应变片b’和应变片c’之间夹角为120度；

所述应变片1’和应变片d’之间的夹角为30度。

根据本发明实施例所述的方法的一个进一步的方面，还包括一组位置双桥路，用于测量踏面接触点的横向位移，其中所述位置双桥路在同周期内一个电桥灵敏度为正弦形，另一个电桥灵敏度为余弦形。

根据本发明实施例所述的方法的另一个进一步的方面，所述第一组双桥路、第二组双桥路分别在所述测力轮对转动一周时完成测量输出一个完整的正弦波形和余弦波形。

根据本发明实施例所述的方法的另一个进一步的方面，所述第一双桥路、第二双桥路分别在所述测力轮对转动一周时完成测量输出多个完整的正弦波形和余弦波形。

本发明实施例还提供了一种测力轮对的测量装置，包括，

第一组双桥路，与测力轮对相连接，用于对所述测力轮对的垂向力进行测量；

第二组双桥路，与所述测力轮对相连接，用于对所述测力轮对的横向力进行测量；

其中，所述第一组双桥路、第二组双桥路在同周期内一个测量电桥灵敏度为正弦形，另一个测量电桥灵敏度为余弦形；

所述第一组双桥路包括a相桥路和b相桥路，本组内所有应变片均布置在车轮相同侧面同一半径的圆周上，其中a相桥路包括，

应变片1和应变片3位于同一电桥臂，应变片2和应变片4位于同一电桥臂，应变片6和应变片8位于同一电桥臂，应变片5和应变片7位于同一电桥臂，应变片1和应变片3之间的夹角为26度，应变片5和应变片7之间的夹角为26度，所述应变片3和应变片5之间的夹角为30度，所述应变片1、3、5、7按照顺序顺时针的设置于同半个圆周上；应变片2和应变片4之间的夹角为26度，应变片6和应变片8之间的夹角为26度，所述应变片4和应变片6之间的夹角为30度，所述应变片2、4、6、8按照顺序顺时针的设置于同半个圆周上，所述应变片2和应变片7之间夹角为98度；

其中b相桥路包括，应变片a和应变片c位于同一电桥臂，应变片b和应变片d位于同一电桥臂，应变片f和应变片h位于同一电桥臂，应变片e和应变片g位于同一电桥臂，应变片a和应变片c之间的夹角为26度，应变片e和应变片g之间的夹角为26度，所述应变片c和应变片e之间的夹角为30度，所述应变片a、c、e、g按照顺序顺时针的设置于同半个圆周上；应变片b和应变片d之间的夹角为26度，应变片f和应变片h之间的夹角为26度，所述应变片d和应变片f之间的夹角为30度，所述应变片b、d、f、h按照顺序顺时针的设置于同半个圆周上，并且所述应变片b和应变片g之间夹角为98度；

所述应变片7和应变片a之间的夹角为8度；

所述第二组双桥路包括a相桥路和b相桥路，本组内所有应变片均布置在车轮相同侧面同一半径的圆周上，其中a相桥路包括，

应变片1’位于一电桥臂，应变片2’位于一电桥臂，应变片3’位于一电桥臂，应变片4’位于一电桥臂，应变片1’和应变片3’之间的夹角为60度，所述应变片1’和应变片3’按照顺序顺时针的设置于同半个圆周上；应变片2’和应变片4’之间的夹角为60度，所述应变片2’和应变片4’按照顺序顺时针的设置于同半个圆周上，所述应变片2’和应变片3’之间夹角为120度；

所述b相桥路包括，应变片a’、应变片b’、应变片c’和应变片d’分别位于b相桥路的一电桥臂，应变片a’和应变片c’之间的夹角为60度，所述应变片a’和应变片c’按照顺序顺时针的设置于同半个圆周上；应变片b’和应变片d’之间的夹角为60度，所述应变片b’和应变片d’按照顺序顺时针的设置于同半个圆周上，并且所述应变片b’和应变片c’之间夹角为120度；

所述应变片1’和应变片d’之间的夹角为30度。

根据本发明实施例所述装置的一个进一步的方面，还包括第三双桥路，用于测量踏面接触点的横向位移，其中所述第三双桥路在同周期内一个电桥灵敏度为正弦形，另一个电桥灵敏度为余弦形。

根据本发明实施例所述装置的再一个进一步的方面，还包括第三位置双桥路，用于测量踏面接触点的横向位移。

根据本发明实施例所述装置的另一个进一步的方面，所述第三组双桥路包括a相桥路和b相桥路，本组内所有应变片均布置在车轮相同侧面同一半径的圆周上。其中a相桥路包括，

应变片1和应变片3位于同一电桥臂，应变片2和应变片4位于同一电桥臂，应变片6和应变片8位于同一电桥臂，应变片5和应变片7位于同一电桥臂。应变片1和应变片3之间的夹角为26度，应变片5和应变片7之间的夹角为26度，所述应变片3和应变片5之间的夹角为30度，所述应变片1、3、5、7按照顺序顺时针的设置于同半个圆周上；应变片2和应变片4之间的夹角为26度，应变片6和应变片8之间的夹角为26度，所述应变片4和应变片6之间的夹角为30度，所述应变片2、4、6、8按照顺序顺时针的设置于同半个圆周上，所述应变片4和应变片6之间的夹角为30度，所述应变片2和应变片7之间夹角为98度；

其中b相桥路包括，应变片a和应变片c位于同一电桥臂，应变片b和应变片d位于同一电桥臂，应变片f和应变片h位于同一电桥臂，应变片e和应变片g位于同一电桥臂，所述应变片a至应变片h均设置在车轮的特定位置的圆周上，应变片a和应变片c之间的夹角为26度，应变片e和应变片g之间的夹角为26度，所述应变片c和应变片e之间的夹角为30度，所述应变片a、c、e、g按照顺序顺时针的设置于同半个圆周上；应变片b和应变片d之间的夹角为26度，应变片f和应变片h之间的夹角为26度，所述应变片d和应变片f之间的夹角为30度，所述应变片b、d、f、h按照顺序顺时针的设置于同半个圆周上，并且所述应变片b和应变片g之间夹角为98度；

所述应变片7和应变片a之间的夹角为8度。

通过本发明实施例，由于对垂向力、横向力和轮轨接触点横移位置均使用了同周期正弦和余弦双桥路的测量手段，使得互为正弦和余弦关系的两个桥路的灵敏度可以经过平方之和再开方的处理后实现在整个轮周范围内测量灵敏度保持恒定，与测力轮对的旋转角度无关。并且实现了桥路的数量最少化。由于各个测量电桥在同瞬时的灵敏度保持恒定的比例关系，使得后继的各种解耦计算过程简单化，整个测量成本低，并且与测力轮对的转动角度无关，更加准确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图的原理获得其他的设计方案。

图1所示为本发明实施例一种测力轮对的连续测量方法流程图；

图2所示为本发明实施例测量装置的结构示意图；

图3a至3d所示为本发明实施例测量测力轮对垂向力的双桥路示意图；

图4a至4d所示为本发明实施例测量测力轮对横向力的双桥路示意图；

图5a至5d所示为本发明实施例测量测力轮对轮轨接触点横向位移的双桥路示意图；

图6所示为本发明实施例垂向力桥路测量数据构成的曲线图；

图7所示为本发明实施例横向力桥路测量数据构成的曲线图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分具体实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示为本发明实施例一种测力轮对的连续测量方法流程图。

包括步骤101，采用在同周期内一个测量电桥的灵敏度为正弦形，另一个测量电桥的灵敏度为余弦形的第一组双桥路对测力轮对的垂向力进行测量；

步骤102，采用在同周期内一个测量电桥的灵敏度为正弦形，另一个测量电桥的灵敏度为余弦形的第二组双桥路对测力轮对的横向力进行测量；。

由于采用了符合正弦和余弦特性的测量电桥，所述测量垂向力的测量电桥的输出灵敏度符合如下计算方式，[(ASinX)²+(ACosX)²]^1/2＝A，其中A为所述垂向力双桥路的输出灵敏度之峰值，X为测力轮对转动的角度，ASinX和ACOsX分别为所述垂向力双桥路两个测量电桥输出的灵敏度，其中SinX和CosX前面的系数A应当相近或相同。对于横向力的测量电桥也类似于上述垂向力电桥的要求，所以采用上述的测量方法，双桥路中一个测量电桥灵敏度为正弦形，另一个测量电桥为余弦形，经过合成公式计算后使得整个测量的灵敏度不随测力轮对的转动而变化。其中所述灵敏度的定义为单位力的作用下测量电桥的输出(电压)。

作为本发明的一个实施例，在所述步骤102之后还包括一组第三双桥路，用于测量踏面接触点的横向位移，所述踏面接触点是指当运动的测力轮对与轨道接触时会有相对于轨道横向的位移，这种位移对行车安全也有一定影响，通过测量该横向位移的第三桥路来获取该测量值，所述第三桥路的两个电桥同样满足上述灵敏度的要求，即一个电桥灵敏度为正弦形，另一个电桥灵敏度为余弦形。

由于测力轮对结构多种多样，对测量精确度的要求也不相同，所以所述双桥路的应变片在所述测力轮对上的布置都有所不同，双桥路中的具体贴片位置根据测力轮对的不同型号，通过计算机模拟方式获得应变片在所述测力轮对的半径以及角度位置，以达到灵敏度和波形方面的要求，在本发明实施例中，由于采用了车轮旋转一周，测量电桥灵敏度变化也是一周的所谓单周期方式，因此将一组双桥路中两个匹配电桥间的相位差设置为90度，构成灵敏度正弦和余弦关系。在采用其它周期数的方式中，这一相位差应相应地调整为90/n，n为车轮旋转一周范围内测量电桥灵敏度变化的周期数，如果在车轮旋转一周灵敏度变化两个周期，则上述为90/2，相位相差45度。

作为本发明的一个实施例，所述第一、第二和第三组双桥路在所述测力轮对转动一周时完成测量输出一个完整的正弦波形和余弦波形。

作为本发明的一个实施例，所述第一、第二和第三组双桥路在所述测力轮对转动一周时完成测量输出多个完整的正弦波形和余弦波形。

通过上述实施例，利用输出互为正弦和余弦关系的双桥路测量测力轮对，能够达到使用的测量桥路数量最少化，计算简单并且输出的测量结果精确度高等优点。

如图2所示为本发明实施例测量装置的结构示意图。

包括第一组双桥路201，与测力轮对相连接，用于对所述测力轮对的垂向力进行测量；

第二组双桥路202，与所述测力轮对相连接，用于对所述测力轮对的横向力进行测量；其中，所述第一组双桥路、第二组双桥路在同周期内一个测量电桥的灵敏度为正弦形，另一个测量电桥的灵敏度为余弦形。

作为本发明的一个实施例，还包括第三双桥路203，用于测量踏面接触点的横向位移，其中所述第三双桥路在同周期内一个电桥灵敏度为正弦形，另一个电桥灵敏度为余弦形。

作为本发明的一个实施例，所述第一或者第二或者第三组双桥路中的一个电桥与另一个电桥之间的相位差为90度。

通过上述实施例，利用输出互为正弦和余弦关系的双桥路测量测力轮对，能够达到使用的测量桥路最少，计算简单并且输出的测量结果精确度高等优点。

以下以中国铁路HXN5型内燃机车的测力轮对为例进行说明，该车轮的型号为84A216014AB，本发明实施例由于测力轮对的不同(直径、形状、结构)所述贴片的布置位置也不相同，本发明实施例不能穷尽所有类型的测力轮对所以只举一个例子说明如何布置应变片，对于其它的实施例只要满足垂向力、横向力(包括必要时增设的轮轨接触点位置)均采用灵敏度互为正弦和余弦关系的双桥路进行测量就在本发明实施例所述的双桥路方案之内。

如图3a至3d所示为本发明实施例测力轮对上用于测量垂向力的双桥路示意图。

所述双桥路的测量贴片布置在车轮外侧面，距车轮中心为255mm的圆周上布置如图3a所示，该双桥路用于测量所述测力轮对的垂向力。

该测量垂向力的a相测量桥路如图3b所示，按照右侧的原理图在左侧的测力轮对上设置所述贴片，其中，应变片1和应变片3位于同一电桥臂，应变片2和应变片4位于同一电桥臂，应变片6和应变片8位于同一电桥臂，应变片5和应变片7位于同一电桥臂，应变片1和应变片3之间的夹角为26度，应变片5和应变片7之间的夹角为26度，所述应变片1、3、5、7按照顺序顺时针的设置于同半个圆周上，在本例中为y轴正半轴圆周上，所述应变片3和应变片5之间的夹角为30度；应变片2和应变片4之间的夹角为26度，应变片6和应变片8之间的夹角为26度，所述应变片2、4、6、8按照顺序顺时针的设置于同半个圆周上，在本例中为y轴负半轴圆周上，所述应变片4和应变片6之间的夹角为30度，并且所述应变片2和应变片7之间夹角为98度；该a相桥路在测力轮对转动一周时，输出的波形为一个完整的余弦曲线，如图3d中实线所示。

该测量垂向力的b相测量桥路如图3c所示，按照右侧的原理图在左侧的测力轮对上布置所述应变片，其中，应变片a和应变片c位于同一电桥臂，应变片b和应变片d位于同一电桥臂，应变片f和应变片h位于同一电桥臂，应变片e和应变片g位于同一电桥臂，应变片a和应变片c之间的夹角为26度，应变片e和应变片g之间的夹角为26度，所述应变片a、c、e、g按照顺序顺时针的设置于同半个圆周上，在本例中为x轴正半轴圆周上，所述应变片c和应变片e之间的夹角为30度；应变片b和应变片d之间的夹角为26度，应变片f和应变片h之间的夹角为26度，所述应变片b、d、f、h按照顺序顺时针的设置于同半个圆周上，在本例中为x轴负半轴圆周上，所述应变片d和应变片f之间的夹角为30度，并且所述应变片b和应变片g之间夹角为98度，所述应变片7和应变片a之间的夹角为8度；该b相桥路在测力轮对转动一周时，输出的波形为一个完整的正弦曲线，如图3d中虚线所示。

如图4a至4d所示为本发明实施例测力轮对测量横向力的双桥路示意图。

所述双桥路的测量应变片布置在车轮的外侧面，距车轮中心为230mm的圆周上，如图4a所示，该双桥路用于测量所述测力轮对的横向力。

该测量横向力的a相桥路如图4b所示，按照右侧的原理图在左侧的测力轮对上布置所述应变片，其中，应变片1位于一电桥臂，应变片2位于一电桥臂，应变片3位于一电桥臂，应变片4位于一电桥臂，应变片1和应变片3之间的夹角为60度，应变片2和应变片4之间的夹角为60度，所述应变片1、3按照顺序顺时针的设置于同半个圆周上，在本例中为y轴正半轴圆周上，所述应变片3与x轴的正半轴夹角为60度；应变片2和应变片4之间的夹角为60度，所述应变片2、4按照顺序顺时针的设置于同半个圆周上，在本例中为y轴负半轴圆周上，所述应变片2和应变片3之间夹角为120度；该a相桥路在测力轮对转动一周时，输出的波形为一个完整的余弦曲线，如图4d中实线所示。

该测量横向力的b相桥路如图4c所示，按照右侧的原理图在左侧的测力轮对上设置所述贴片，其中，应变片a位于一电桥臂，应变片b位于一电桥臂，应变片c位于一电桥臂，应变片d位于一电桥臂，应变片a和应变片c之间的夹角为60度，所述应变片a、c按照顺序顺时针的设置于同半个圆周上，在本例中为x轴正半轴圆周上，所述应变片a与x轴正半轴之间的夹角为30度；应变片b和应变片d之间的夹角为60度，所述应变片b、d按照顺序顺时针的设置于同半个圆周上，在本例中为x轴负半轴圆周上，所述应变片d和x轴负半轴之间的夹角为30度，并且所述应变片b和应变片c之间夹角为120度；该b相桥路在测力轮对转动一周时，输出的波形为一个完整的正弦曲线，如图4d中虚线所示。

如图5a至5d所示为本发明实施例测力轮对上用于测量轮轨接触点横向位移的双桥路(称为位置电桥)示意图。

所述双桥路的测量贴片可以布置在车轮内侧面，距车轮中心为396mm的圆周上，如图5a所示，测力轮对在运转过程中，由于车轮踏面的宽度大于钢轨顶面的宽度，轮轨接触点允许在一定范围内横向移动，直至轮缘与钢轨侧面相接触，当轮轨接触点发生了这种横向移动时，对垂向力和横向力测量电桥的灵敏度会产生一定影响，，当这种影响达到一定程度时，就有必要引入该双桥路用于测量所述测力轮对轮轨接触点的横向位移，用以消除不利的影响。

该位置电桥的a相桥路如图5b所示，按照右侧的原理图在左侧的测力轮对上布置所述应变片，在本实施例中虽然应变片的标号与图3a至图3d所示附图中的应变片标号相同，但是由于布置应变片的半径不同，测量电桥的灵敏度特性有别于用于测量垂向力的电桥。其中，应变片1和应变片3位于同一电桥臂，应变片2和应变片4位于同一电桥臂，应变片6和应变片8位于同一电桥臂，应变片5和应变片7位于同一电桥臂，应变片1和应变片3之间的夹角为26度，应变片5和应变片7之间的夹角为26度，所述应变片1、3、5、7按照顺序顺时针的设置于同半个圆周上，在本例中为y轴正半轴圆周上，所述应变片3和应变片5之间的夹角为30度；应变片2和应变片4之间的夹角为26度，应变片6和应变片8之间的夹角为26度，所述应变片2、4、6、8按照顺序顺时针的设置于同半个圆周上，在本例中为y轴负半轴圆周上，所述应变片4和应变片6之间的夹角为30度，并且所述应变片2和应变片7之间夹角为98度；该a相桥路在测力轮对转动一周时，输出的波形为一个完整的余弦曲线，如图5d中实线所示。

该位置电桥的b相桥路如图3c所示，按照右侧的原理图在左侧的测力轮对上布置所述应变片，其中，应变片a和应变片c位于同一电桥臂，应变片b和应变片d位于同一电桥臂，应变片f和应变片h位于同一电桥臂，应变片e和应变片g位于同一电桥臂，应变片a和应变片c之间的夹角为26度，应变片e和应变片g之间的夹角为26度，所述应变片a、c、e、g按照顺序顺时针的设置于同半个圆周上，在本例中为x轴正半轴圆周上，所述应变片c和应变片e之间的夹角为30度；应变片b和应变片d之间的夹角为26度，应变片f和应变片h之间的夹角为26度，所述应变片b、d、f、h按照顺序顺时针的设置于同半个圆周上，在本例中为x轴负半轴圆周上，所述应变片d和应变片f之间的夹角为30度，并且所述应变片b和应变片g之间夹角为98度；该b相桥路在测力轮对转动一周时，输出的波形为一个完整的正弦曲线，如图5d中虚线所示。

通过上述实施例的双桥路测量出来的灵敏度利用[(ASinX)²+(ACosX)²]^1/2＝A进行计算，其中A为所述双桥路灵敏度的峰值，ASinX为所述双桥路中一电桥输出的正弦形灵敏度，ACosX为所述双桥路另一电桥输出的余弦形灵敏度。例如将如图3d所示的测量垂向力的双桥路输出的灵敏度利用上述公式计算，得出如图3d中水平横线所示的合成灵敏度，该合成灵敏度在整个轮周范围内保持恒定，并且与车轮转动角度无关，从而实现了测力轮对与钢轨接触的任何一个车轮转角位置上都能获得有效测量信号；同样还可以如图4d所示的测量横向力的双桥路输出的灵敏度利用上述公式计算，得出如图4d中水平横线所示的合成灵敏度；或者还可以如图5d所示的测量轮轨接触点横移的双桥路输出的灵敏度利用上述公式计算，得出如图5d中横线所示的合成灵敏度。

由于测量垂向力的双桥路除了感受垂向力造成的测量输出之外，还会带有一部分横向力影响的输出量，同样，在测量横向力的双桥路中也会带有一部分垂向力影响的输出量。这样的数据将作为干扰给予消除，所以在设计垂向力、横向力和位置测量双桥路时，需要尽可能选择灵敏度大而且干扰成分小的位置来布置应变片，并且使两组(必要时为三组)双桥路的灵敏度波形保持一致，使得各项灵敏度系数在任何时刻都保持恒定的比例关系，这样才能够确定测量桥路的输出中需要去除干扰成分的多少。因此应变片的布置半径和分布角度需要根据每个测力轮对车轮形状的不同而进行具体的设计，调整到最佳特性。

如图6所示为本发明实施例垂向力桥路测量数据构成的曲线图。

其中Pa为垂向力a相桥路输出的灵敏度，Pb为垂向力b相桥路输出的灵敏度，Qa为横向力a相桥路输出的灵敏度，Qb为横向力b相桥路输出的灵敏度，经过对垂向力和横向力a、b两相桥路输出的灵敏度分别进行平方之和再开方([(ASinX)²+(ACosX)²]^1/2＝A)计算，所获得的P和Q分别为垂向力和横向力测量桥路的合成灵敏度。其中在图6所示垂向力标定曲线中，P是最为重要的输出灵敏度，它在车轮旋转360°范围内保持平直，表明了在整个轮周范围内对垂向力的测量灵敏度能够基本保持恒定不变。

如图7所示为本发明实施例横向力桥路测量数据构成的曲线图。

其中Pa为垂向力a相桥路输出的灵敏度，Pb为垂向力b相桥路输出的灵敏度，Qa为横向力a相桥路输出的灵敏度，Qb为横向力b相桥路输出的灵敏度。由于在本实施例中，垂向力的a相和b相的灵敏度和计算出的合成灵敏度P比较小，都在桥路输出灵敏度的0值左右，表示横向力在测量垂向力的电桥中所造成的影响很小，因此在附图中显示不清。

经过对垂向力和横向力a、b两相桥路输出的灵敏度分别进行[(ASinX)²+(ACosX)²]^1/2＝A合成计算，所获得的P和Q分别为垂向力和横向力测量桥路的合成灵敏度。其中在图7所示横向力标定曲线中，Q是最为重要的合成灵敏度，它在车轮旋转360°范围内保持平直，表明了在整个轮周范围内对横向力的测量灵敏度能够基本保持恒定不变。

在所述实施例中，由于设计中已经将轮轨接触点横移的影响降低到足以忽略不计的程度，因此在所述实施例中，虽有第三组(位置电桥)双桥路的设计方案，但也可以不采用该第三组双桥路的设计方案。

作为本发明实施例的有益效果在于，由于使用了单周期双桥路的测量手段测量垂向力、横向力和/或接触点位置的测量使用了同样周期的双桥路的测量手段，在对每组双桥路中构成正弦和余弦关系的测量电桥输出灵敏度均采用平方之和再开方的简单合成处理过程，就可以使得在车轮旋转的整个轮周范围内，任意一处的垂向力、横向力和接触点位置的测量灵敏度保持恒定，并且与测力轮对的转动角度无关，测量更加准确，并且使得测量桥路的数量最少化，后续的计算过程简化，整个测量成本低。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种测力轮对的连续测量方法，其特征在于包括，

采用在同周期内一个电桥灵敏度为正弦形，另一个电桥灵敏度为余弦形的第一组双桥路对测力轮对的垂向力进行测量；

采用在同周期内一个电桥灵敏度为正弦形，另一个电桥灵敏度为余弦形的第二组双桥路对测力轮对的横向力进行测量；

所述第一组双桥路包括a相桥路和b相桥路，本组内所有应变片均布置在车轮相同侧面同一半径的圆周上，其中a相桥路包括，

应变片1和应变片3位于同一电桥臂，应变片2和应变片4位于同一电桥臂，应变片6和应变片8位于同一电桥臂，应变片5和应变片7位于同一电桥臂，应变片1和应变片3之间的夹角为26度，应变片5和应变片7之间的夹角为26度，所述应变片3和应变片5之间的夹角为30度，所述应变片1、3、5、7按照顺序顺时针的设置于同半个圆周上；应变片2和应变片4之间的夹角为26度，应变片6和应变片8之间的夹角为26度，所述应变片4和应变片6之间的夹角为30度，所述应变片2、4、6、8按照顺序顺时针的设置于同半个圆周上，所述应变片2和应变片7之间夹角为98度；

其中b相桥路包括，应变片a和应变片c位于同一电桥臂，应变片b和应变片d位于同一电桥臂，应变片f和应变片h位于同一电桥臂，应变片e和应变片g位于同一电桥臂，应变片a和应变片c之间的夹角为26度，应变片e和应变片g之间的夹角为26度，所述应变片c和应变片e之间的夹角为30度，所述应变片a、c、e、g按照顺序顺时针的设置于同半个圆周上；应变片b和应变片d之间的夹角为26度，应变片f和应变片h之间的夹角为26度，所述应变片d和应变片f之间的夹角为30度，所述应变片b、d、f、h按照顺序顺时针的设置于同半个圆周上，并且所述应变片b和应变片g之间夹角为98度；

所述应变片7和应变片a之间的夹角为8度；

所述第二组双桥路包括a相桥路和b相桥路，本组内所有应变片均布置在车轮相同侧面同一半径的圆周上，其中a相桥路包括，

应变片1’位于一电桥臂，应变片2’位于一电桥臂，应变片3’位于一电桥臂，应变片4’位于一电桥臂，应变片1’和应变片3’之间的夹角为60度，所述应变片1’和应变片3’按照顺序顺时针的设置于同半个圆周上；应变片2’和应变片4’之间的夹角为60度，所述应变片2’和应变片4’按照顺序顺时针的设置于同半个圆周上，所述应变片2’和应变片3’之间夹角为120度；

所述b相桥路包括，应变片a’、应变片b’、应变片c’和应变片d’分别位于b相桥路的一电桥臂，应变片a’和应变片c’之间的夹角为60度，所述应变片a’和应变片c’按照顺序顺时针的设置于同半个圆周上；应变片b’和应变片d’之间的夹角为60度，所述应变片b’和应变片d’按照顺序顺时针的设置于同半个圆周上，并且所述应变片b’和应变片c’之间夹角为120度；

所述应变片1’和应变片d’之间的夹角为30度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括一组位置双桥路，用于测量踏面接触点的横向位移，其中所述位置双桥路在同周期内一个电桥灵敏度为正弦形，另一个电桥灵敏度为余弦形。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一组双桥路和第二组双桥路分别在所述测力轮对转动一周时完成测量输出一个完整的正弦波形和余弦波形。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一组双桥路和第二组双桥路分别在所述测力轮对转动一周时完成测量输出多个完整的正弦波形和余弦波形。

5.一种测力轮对的测量装置，其特征在于包括，

第一组双桥路，与测力轮对相连接，用于对所述测力轮对的垂向力进行测量；

第二组双桥路，与所述测力轮对相连接，用于对所述测力轮对的横向力进行测量；

其中，所述第一组双桥路和第二组双桥路在同周期内一个电桥灵敏度为正弦形，另一个电桥灵敏度为余弦形；

所述第一组双桥路包括a相桥路和b相桥路，本组内所有应变片均布置在车轮相同侧面同一半径的圆周上，其中a相桥路包括，

应变片1和应变片3位于同一电桥臂，应变片2和应变片4位于同一电桥臂，应变片6和应变片8位于同一电桥臂，应变片5和应变片7位于同一电桥臂，应变片1和应变片3之间的夹角为26度，应变片5和应变片7之间的夹角为26度，所述应变片3和应变片5之间的夹角为30度，所述应变片1、3、5、7按照顺序顺时针的设置于同半个圆周上；应变片2和应变片4之间的夹角为26度，应变片6和应变片8之间的夹角为26度，所述应变片4和应变片6之间的夹角为30度，所述应变片2、4、6、8按照顺序顺时针的设置于同半个圆周上，所述应变片2和应变片7之间夹角为98度；

其中b相桥路包括，应变片a和应变片c位于同一电桥臂，应变片b和应变片d位于同一电桥臂，应变片f和应变片h位于同一电桥臂，应变片e和应变片g位于同一电桥臂，应变片a和应变片c之间的夹角为26度，应变片e和应变片g之间的夹角为26度，所述应变片c和应变片e之间的夹角为30度，所述应变片a、c、e、g按照顺序顺时针的设置于同半个圆周上；应变片b和应变片d之间的夹角为26度，应变片f和应变片h之间的夹角为26度，所述应变片d和应变片f之间的夹角为30度，所述应变片b、d、f、h按照顺序顺时针的设置于同半个圆周上，并且所述应变片b和应变片g之间夹角为98度；

所述应变片7和应变片a之间的夹角为8度；

所述第二组双桥路包括a相桥路和b相桥路，本组内所有应变片均布置在车轮相同侧面同一半径的圆周上，其中a相桥路包括，

应变片1’位于一电桥臂，应变片2’位于一电桥臂，应变片3’位于一电桥臂，应变片4’位于一电桥臂，应变片1’和应变片3’之间的夹角为60度，所述应变片1’和应变片3’按照顺序顺时针的设置于同半个圆周上；应变片2’和应变片4’之间的夹角为60度，所述应变片2’和应变片4’按照顺序顺时针的设置于同半个圆周上，所述应变片2’和应变片3’之间夹角为120度；

所述b相桥路包括，应变片a’、应变片b’、应变片c’和应变片d’分别位于b相桥路的一电桥臂，应变片a’和应变片c’之间的夹角为60度，所述应变片a’和应变片c’按照顺序顺时针的设置于同半个圆周上；应变片b’和应变片d’之间的夹角为60度，所述应变片b’和应变片d’按照顺序顺时针的设置于同半个圆周上，并且所述应变片b’和应变片c’之间夹角为120度；

所述应变片1’和应变片d’之间的夹角为30度。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括第三组双桥路，用于测量踏面接触点的横向位移，其中所述第三组双桥路在同周期内一个电桥灵敏度为正弦形，另一个电桥灵敏度为余弦形。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第三组双桥路包括a相桥路和b相桥路，本组内所有应变片均布置在车轮相同侧面同一半径的圆周上，其中a相桥路包括，

应变片1和应变片3位于同一电桥臂，应变片2和应变片4位于同一电桥臂，应变片6和应变片8位于同一电桥臂，应变片5和应变片7位于同一电桥臂，应变片1和应变片3之间的夹角为26度，应变片5和应变片7之间的夹角为26度，所述应变片3和应变片5之间的夹角为30度，所述应变片1、3、5、7按照顺序顺时针的设置于同半个圆周上；应变片2和应变片4之间的夹角为26度，应变片6和应变片8之间的夹角为26度，所述应变片4和应变片6之间的夹角为30度，所述应变片2、4、6、8按照顺序顺时针的设置于同半个圆周上，所述应变片2和应变片7之间夹角为98度；

其中b相桥路包括，应变片a和应变片c位于同一电桥臂，应变片b和应变片d位于同一电桥臂，应变片f和应变片h位于同一电桥臂，应变片e和应变片g位于同一电桥臂，应变片a和应变片c之间的夹角为26度，应变片e和应变片g之间的夹角为26度，所述应变片c和应变片e之间的夹角为30度，所述应变片a、c、e、g按照顺序顺时针的设置于同半个圆周上；应变片b和应变片d之间的夹角为26度，应变片f和应变片h之间的夹角为26度，所述应变片d和应变片f之间的夹角为30度，所述应变片b、d、f、h按照顺序顺时针的设置于同半个圆周上，并且所述应变片b和应变片g之间夹角为98度；

所述应变片7和应变片a之间的夹角为8度。

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